[发明专利]基于时间序列核距离的流域水文相似性估计方法

说明书

本发明公开一种基于时间序列核距离的流域水文相似性估计方法，包括以下步骤：S1.获取待研究流域的水文观测资料；S2.根据待研究流域的水文观测资料，确定待分析的降水过程及水文响应过程的分析时段；对待研究流域不同分析站点的水文响应时间序列进行标准化，以获得水文响应过程的标准化序列；S3.利用多尺度平滑核函数计算待研究流域不同分析站点水文响应过程之间的核距离；S4.采用S3所述的计算方法计算两两不同分析站点水文响应过程之间的核距离，得到流域不同分析站点水文响应过程的核距离矩阵D，最后利用层次聚类分析方法分析其水文相似性。本发明克服现有技术成本过高的不足，提高现有水文观测资料的利用率，降低现有流域水文相似性的估计成本。

技术领域

本发明属于地球物理下水文分支技术领域，具体涉及一种基于时间序列核距离的流域水文相似性估计方法。

背景技术

流域水文相似性是流域内不同位置水文过程形成和演变特征的空间相似性，反映了流域内地形、地势、土壤、植被的空间分布特征以及其对水文过程的影响，能够用于分析流域尺度水文过程中水分的分配、存储及释放特征。目前，主要利用地形、地质勘探等手段来量化影响水文过程的主要结构性因素，但是水文过程不仅受到流域下垫面物理特征的影响，同时受到降水补给及前期条件的影响，仅仅依靠物理探测手段，对水文相似性进行推测往往会出现偏差，此外物理探测方法需要大量数据信息，且信息采集、分析成本高。

基于水文时间序列相似性分析推测水文相似性是数据挖掘技术在水文领域的有效尝试，如王继民等在《水文》杂志上公开了一种多度量水文时间序列相似性分析，使用多个单一相似度分别计算相似时间子序列，然后改进BORDA投票法对各度量分析得到相似子序列进行组合和排序，最终得到相似时间子序列。欧阳如琳等在《河海大学学报(自然科学版)》上公开了一种基于动态时间规整(DTW)法的水文时间序列相似性搜索方法，采用对时间轴的伸缩和弯曲具有较好适应性的动态时间扭曲距离法对塔里木河流域源流区出山口水文站沙里桂兰克站1961—2000年共220场洪水流量过程进行相似性搜索。然而，目前的水文相似性分析主要回答了“当前水文过程相当于历史上哪一时期的同类过程”这一问题，是同一区域不同时间过程之间的对比。对于流域内部不同区域水文过程之间的相似性研究较少，目前主要依据水文因子的区域化分析方法，如CN201611137795.6公开了一种基于大数据统计相似分析的流域水文区划方法，采用主成分分析方法进行综合因子的提取，将提取出来的综合因子作为K-means聚类分析的聚类因子，根据最小类内方差准则得到最优的聚类数，将聚类数作为水文相似分区的数目。朱泽等在《工程勘察》上公开了一种基于枯期退水过程及退水系数和水文地质参数的区域化研究方法，通过对退水系数与流域地表形态特征的多元回归分析，确定影响退水系数的主要影响因子。这些方法多是基于流域长期平均水文特征或静态的水文地质参数。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于时间序列核距离的流域水文相似性估计方法，基于水文常规观测资料，利用待研究流域不同空间位置的基于降水事件的水文响应过程，利用多尺度平滑核函数，计算待研究流域任意两两站点水文响应过程的核距离；基于流域水文响应过程的核距离矩阵，利用层次聚类分析方法，评估流域水文相似性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于时间序列核距离的流域水文相似性估计方法，包括以下步骤：

S1.获取待研究流域的水文观测资料；

S2.根据待研究流域的水文观测资料，确定待分析的降水过程及水文响应过程的分析时段；对待研究流域不同分析站点的水文响应时间序列进行序列标准化，以获得水文响应过程的标准化序列；

S3.利用多尺度平滑核函数计算待研究流域不同分析站点水文响应过程之间的核距离；